燃料電池汽車功率分流控制策略的比較分析

燃料電池汽車功率分流控制策略的比較分析

燃料電池汽車因其具有高效率和零排放而得到了廣泛關(guān)注。常用的燃料電池包括酸性燃料電池、堿性燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固態(tài)氧化物燃料電池和質(zhì)子交換膜燃料電池。其中，質(zhì)子交換膜燃料電池具有功率密度高、工作溫度低以及電解液對(duì)CO2不敏感等優(yōu)點(diǎn)，因而是最具發(fā)展前途的燃料電池。但是，質(zhì)子交換膜燃料電池在汽車瞬態(tài)工況中反應(yīng)較慢，不能及時(shí)遵循汽車功率需求的變化，且這種瞬態(tài)變化會(huì)降低質(zhì)子交換膜燃料電池反應(yīng)堆的使用壽命。通過(guò)并聯(lián)儲(chǔ)能電池可解決該問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)時(shí)需要考慮燃料電池和儲(chǔ)能電池之間的功率分配，即功率分流。功率分流常用的控制策略包括基于確定性規(guī)則的控制策略和最優(yōu)控制策略，并對(duì)它們進(jìn)行了比較分析。

選用基于確定性規(guī)則的控制策略是，汽車功率需求出現(xiàn)瞬態(tài)變化時(shí)，由儲(chǔ)能電池提供或回收功率需求變化的部分，燃料電池則始終提供恒定的功率。選用的最優(yōu)控制策略包括動(dòng)態(tài)規(guī)劃（DP）和模型預(yù)測(cè)控制（MPC）。對(duì)這3種控制策略進(jìn)行對(duì)比時(shí)，首先控制模型的開發(fā)，包括汽車縱向動(dòng)力學(xué)模型、燃料電池堆反應(yīng)模型和儲(chǔ)能電池模型；之后分別應(yīng)用這3種控制策略，并記錄不同控制策略在城市循環(huán)工況下產(chǎn)生的燃油消耗。需要注意的是，在應(yīng)用MPC控制策略時(shí)，預(yù)測(cè)時(shí)間是該策略下的一個(gè)可變參數(shù)，因而設(shè)定預(yù)測(cè)時(shí)間的范圍為1～10s，間隔為1s。分析結(jié)果顯示：①M(fèi)PC控制策略預(yù)測(cè)時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)其性能具有較大影響；②與MPC控制策略預(yù)測(cè)時(shí)間為2s時(shí)的燃油消耗相比，DP控制策略的燃油消耗降低了12%，而當(dāng)MPC控制策略的預(yù)測(cè)時(shí)間設(shè)定為7s甚至更大值時(shí)，這兩種最優(yōu)控制策略的燃油消耗大致相等；③與基于確定性規(guī)則的控制策略產(chǎn)生的燃油消耗相比，DP控制策略的燃油消耗降低了5%。

Arya Yazdanietal.SAE 2016-01-1189.

編譯：李臣